TC000001 光纤与光器件 ISSUE1.0

ISSUE光网络产品课程开发室TC000001光纤与光器件1.0引入现代光通信的主要传输媒介是什么？光纤是光纤通信系统的传输媒介，光纤的特性和质量对信号的传播有根本性的影响。通信设备是由什么组成的？任何通信设备都是由各种各样的器件根据功能的需要组成的。学习目标能叙述光纤的基本结构，能叙述各种类型光纤的特性参数的意义、单模光纤的分类；能描述单模光纤的非线性效应；能描述常用光无源器件的功能特点。学习完本课程，您应该能够：参考资料《TC000002光放大器ISSUE1.0》《TC000003WDM原理ISSUE1.0》Djafar.K.Mynbaev,Lowell.L.Scheiner光纤通信技术，北京机械工业出版社2002邱昆光纤通信导论，四川电子科技大学出版社1995聂秋华光纤激光器与光放大技术，北京电子工业出版社1997赵梓森等光纤通信工程，北京人民邮电出版社1994课程内容第一章预备知识第二章光纤第三章无源器件第一章预备知识折射和折射率光的偏振色散折射和折射率入射角θ1反射角θ3折射角θ2空气n1＝1玻璃n2＝1.5临界角θC空气n1＝1玻璃n2＝1.5材料空气水玻璃石英钻石折射率1.0031.331.52~1.891.432.42自然光a部分偏振b偏振（垂直）c偏振（水平）d光的偏振赤橙黄绿青蓝紫自然光色散课程内容第一章预备知识第二章光纤第三章无源器件第二章光纤第一节光纤的结构和折射率分布第二节光纤的模式第三节光纤的损耗第四节光纤中的色散第五节截止波长第六节模场直径和有效面积第七节单模光纤的分类第八节单模光纤的非线性效应光纤的结构和折射率分布光纤的结构涂层n2包层n2包层涂层纤芯n1d1d2dn2n1dn2n1折射率分布光纤的模式αc光的传播模式光纤的模式多模光纤2a2b单模光纤d2d12a2b光纤的损耗光纤的损耗主要取决于吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗三种损耗。衰减系数λ(nm)15501310OH－吸收峰Attenuation(dB)C_bandL_band光纤中的色散光纤中的色散可分为模式色散、色度色散、偏振模色散Dispersion(ps/nmKm)G.653λ(nm)15501310G.652fiberG.65517色度色散由于光源的不同频率（或波长）成分具有不同的群速度，在传输过程中，不同频率的光束的时间延迟不同而产生色散称为色度色散。色度色散包括材料色散和波导色散。光纤剖面呈椭圆纤芯快慢时延差偏振模色散λ3λ1λ3λ1λ3λ3λ1λ1TT+ΔT码间干扰色散引起的脉冲展宽将使前后光脉冲发生重叠，称为码间干扰。截止波长理论上的截止波长是单模光纤中光信号能以单模方式传播的最小波长。实际光波长比截止波长小时会有多个模式在单模光纤中传播，并呈现多模特性。ITU-T定义了三种测试条件下的截止波长：短于2m长跳线光缆中的一次涂覆光纤的截止波长。22m长成缆光纤的截止波长。2~20m长跳线光缆的截止波长。如果传输的光信号波长不大于单模光纤的截止波长，不能实现单模传输。模场直径和有效面积模场直径（MFD）就是描述单模光纤中光能集中程度的参量。光纤纤芯MFDDispersion(ps/nmKm)G.653λ(nm)15501310G.652fiberG.655OH-吸收峰17Attenuation(dB)C_bandL_band光纤的分类单模光纤的非线性效应受激非弹性散射受激拉曼散射受激布里渊散射克尔效应自相位调制交叉相位调制四波混频受激非弹性散射受激拉曼散射受激布里渊散射克尔效应自相位调制交叉相位调制四波混频四波混频不同波长的三个光波同时在光纤中传播时，通过石英介质相互作用产生新的波长，新的波长地频率是三者的组合，这种现象称为四波混频12f113F123,213F112F223F132,312F221F231,F321F332F331FFF3问题光纤的特性参数有那些？在光脉冲信号的传播过程中，光纤的色散对其有何影响？单模光纤有那几种类型？各有何特点？单模光纤的非线性效应包括那几种现象？小结光纤是由纤芯、包层和涂敷层组成，纤芯的折射率必须大于包层的折射率。全反射是光信号在光纤中传播的必要条件。光纤的特性参数有衰减系数、色散系数、截止波长、模场直径和有效面积。光纤的色散一般分为模式色散、色度色散和偏振模色散；在光纤数字通信中，色散会导致码间干扰，最终产生误码。单模光纤的非线性效应包括受激非弹性散射（即受激拉曼散射、受激布里渊散射）、克尔效应（即自相位调制、交叉相位调制）和四波混频。课程内容第一章预备知识第二章光纤第三章无源器件第三章无源器件第一节介质薄膜滤波器第二节光纤光栅第三节阵列波导光栅第四节梳状滤波器第五节耦合器和分光器第六节隔离器和环行器第七节光开关介质薄膜滤波器介质薄膜滤波器的主要特点是，设计上可以实现结构稳定的小型化器件，信号通带平坦且与偏振无关，插入损耗低，通路间隔度好，温度稳定性优于0.0005nm/℃。θθλ/4n1n2光纤光栅周期性折射率变化（光栅）λ1λ2λ3…λnλ2均匀光纤光栅啁啾光纤光栅阵列波导光栅阵列波导光栅（AWG）光合波分波器，它具有波长间隔小、信道数多、通带平坦等优点，非常适合于超高速、大容量DWDM系统使用。阵列波导平面耦合波导输入波导输出波导梳状滤波器最基本的技术指标当然是插入损耗、带宽和串扰。耦合器和分光器隔离器和环行器光开关光开关是一种具有一个或多个可选择的传输端口，可以对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。问题常用的无源光器件有那些？各有何功能？小结在光纤通信中常用的无源光器件有光耦合器和分光器、光滤波器、隔离器和环行器等，光耦合器和分光器主要是实现不同光纤之间的光信号能量的传递；光滤波器可以允许某一个波长通过并阻挡其他波长，或者相反；隔离器是不可逆器件，它只允许光在一个方向上通过，隔离反射光；环行器也是不可逆器件，它在方向上引导光信号从一个端口到另一个端口。